DE102005045891B3 - Verfahren zur Kraftstoffverbrauchsreduktion einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur Kraftstoffverbrauchsreduktion einer Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Kraftstoffverbrauchsreduktion einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, das beispielsweise mit einem Tempomaten realisiert wird. In diesem Verfahren wird eine in einem Betriebsfenster definierte Wunschgeschwindigkeit basierend auf abgespeicherten Verbrauchskennfeldern der Brennkraftmaschine gezielt zu verbrauchsgünstigeren Betriebszuständen verschoben. Des Weiteren werden Bedingungen des Verkehrsflusses, am Kraftfahrzeug angreifende Winde und das durch das Kraftfahrzeug zu absolvierende Streckenprofil berücksichtigt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kraftstoffverbrauchsreduktion einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
  • Bereits durch das Fahrverhalten des Fahrers kann der Kraftstoffverbrauch eines Kraftfahrzeugs entscheidend beeinflusst werden. Kräftiges Beschleunigen, Ausdrehen der Gänge oder Fahren in niedrigen Schaltstufen sind entsprechende Beispiele. Aber auch der Betrieb der Brennkraftmaschine in vermeintlich verbrauchsgünstigen Bereichen, nämlich unterer und mittlerer Teillastbereich, führt zu hohen spezifischen Kraftstoffverbräuchen, wie man dem Kennfeld für den spezifischen Kraftstoffverbrauch (be-Kennfeld) bzw. dem Muscheldiagramm entnehmen kann. Darüber hinaus gibt es Motorbetriebsbereiche, die aus funktionalem Zwang einen Kraftstoffmehrverbrauch fordern. Diese umfassen beispielsweise Volllastanreicherung zum Zwecke des Katalysatorschutzes oder Rückzug des Zündwinkels bei klopfender Verbrennung.
  • Im Stand der Technik sind zahlreiche Ansätze zur Kraftstoffverbrauchsreduktion bekannt. Zu ihnen zählen die Leichtbauweise von Kraftfahrzeugen, verringerter Luftwiderstand, verbesserter Motorwirkungsgrad, optimierte Brennverfahren, um nur einige zu nennen.
  • Des Weiteren werden im Stand der Technik Geschwindigkeitsregelanlagen (GRA) oder so genannte Tempomaten eingesetzt. Der Fahrer gibt üblicherweise eine Wunschgeschwindigkeit durch Eingabe in den Tempomaten für das Kraftfahrzeug vor und diese wird von der Motorsteuerung durch entsprechendes Ansteuern der relevanten Komponenten, beispielsweise Drosselklappe, Einspritzung, unabhängig vom Streckenprofil eingeregelt und somit realisiert. Die Geschwindigkeitsregelanlage versucht daher ständig, die vorgegebene Geschwindigkeit möglichst genau einzuregeln. Zu diesem Zweck kommen übliche Regelstrategien, z. B. PID-Regler, zum Einsatz. Unberücksichtigt bleibt jedoch der aktuelle Kraftstoffverbrauch. Daher würde ein Kraftfahrzeug, das auf einer längeren Gefällstrecke im Schubabschaltmodus mit 60 km/h rollen würde, eher im verbrauchsungünstigen unteren Teillastbereich betrieben werden, wenn am Tempomat eine Geschwindigkeit von 70 km/h eingestellt worden ist. Der untere Teillastbereich der Brennkraftmaschine ist jedoch auf Grund der hohen Drosselverluste verbrauchstechnisch äußerst ungünstig. Da aber der Tempomat über den Verbrauch der Brennkraftmaschine keine Informationen besitzt, wird der oben genannte verbrauchsungünstige Betriebspunkt beibehalten und der hohe Kraftstoffverbrauch toleriert.
  • Des Weiteren wird der Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs durch den Gesamtfahrwiderstand des Kraftfahrzeugs beeinflusst. Dieser setzt sich aus verschiedenen Einzeleinflüssen zusammen, in denen der Reifenrollwiderstand, der Luftwiderstand sowie die Hangabtriebskraft (d. h. Gefälle oder Steigung) die Hauptkomponenten darstellen. Da der Luftwiderstand mit dem Quadrat der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs steigt (Luftwiderstand = 0,5 × Luftdichte × Angriffsfläche × (effektive Strömungsgeschwindigkeit)2), übt er mit zunehmender Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs einen immer größeren Einfluss aus (vgl. 5). Als Faustformel gilt, dass ab einer Geschwindigkeit von etwa 70 km/h sein Anteil am Gesamtwiderstand überwiegt.
  • In direktem Zusammenhang mit dem Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs sind die Windverhältnisse am Kraftfahrzeug zu sehen. Rückenwind und Gegenwind sind Strömungsgeschwindigkeitskomponenten am Kraftfahrzeug, die seinen Luftwiderstand verändern. Windstärken von 4–5 (d. h. ungefähr 25–35 km/h) sind in vielen Gebieten häufig anzutreffen. Bezogen auf eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs von 70 km/h hat Rückenwind oder Gegenwind von 30 km/h einen wesentlichen Einfluss auf den Luft widerstand des Kraftfahrzeugs. Als Rückenwind ergibt sich ein Luftwiderstand, der ansonsten bei 40 km/h Kraftfahrzeuggeschwindigkeit herrschen würde, und bei Gegenwind ergeben sich Verhältnisse, die sonst bei einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs von 100 km/h auftreten würden. Der Unterschied, der sich daraus im Gesamtfahrwiderstand ergibt, ist beträchtlich. In direktem Zusammenhang mit dem Fahrwiderstand sind natürlich der Leistungsaufwand der Brennkraftmaschine und damit auch der Kraftstoffverbrauch zu sehen. Der erhöht oder reduziert sich entsprechend der Angriffsrichtung des Windes.
  • DE 103 45 319 A1 offenbart ein Voraussagen des Tempomatsystems für Kraftfahrzeuge, in dem Informationen über die gegenwärtige Fahrzeugposition sowie über das bevorstehende Gelände verarbeitet werden. Diese Informationen dienen dazu, Kraftstoff zu sparen und den Fahrkomfort zu verbessern. Während sich das Fahrzeug über eine bestimmte Strecke fortbewegt, werden beispielsweise in einer Straßenkarte gespeicherte Streckenparameter, wie etwa die Straßenneigung und die Krümmung, ausgelesen. Des Weiteren erfassen Sensoren an Bord des Fahrzeugs Fahrzeugsbetriebsparameter, so dass auf Grundlage der Verarbeitung der Gesamtheit der Informationen eine angepasste Geschwindigkeit ansteuerbar ist.
  • DE 102 05 226 A1 offenbart ebenfalls eine Einrichtung zur Regelung der Ist-Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs. Ein um eine Wunschgeschwindigkeit aufgespanntes Geschwindigkeitsfenster wird unter Berücksichtigung der Streckenführung des Kraftfahrzeugs derart ausgenutzt, dass die Wunschgeschwindigkeit innerhalb des Geschwindigkeitsfensters veränderbar ist. In ähnlicher Weise arbeitet das in der US 2003/0221886 A1 offenbarte Verfahren.
  • DE 10 2004 060 029 A1 offenbart ein Verfahren zur Beeinflussung des Maximalwerts der Fahrgeschwindigkeit in Abhängigkeit von Schaltinformationswerten wetterabhängig geschalteter Vorrichtungen des Kraftfahrzeugs. Zu diesen wetterabhängig geschalteten Vorrichtungen des Kraftfahrzeugs zählen beispielsweise ein Scheibenwischer, Scheinwerfer, Nebelscheinwerfer und/oder eine Nebelschlussleuchte. In Abhängigkeit vom Schaltzustand obiger Vorrichtungen sind Wetterzustände definiert, deren Erfassen Einfluss auf das Einstellen des Geschwindigkeits-Maximalwerts des Kraftfahrzeugs hat.
    •
  • Momentan und auch in Zukunft hat die CO2-Umweltproblematik große Bedeutung.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Kraftstoffverbrauchsreduktion einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, das die äußeren Witterungsbedingungen in die Verbrauchsoptimierung des Kraftfahrzeugs einbezieht.
  • Die Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen dieses Verfahrens gehen aus der folgenden Beschreibung sowie den anhängenden Patentansprüchen und Zeichnungen hervor.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Kraftstoffverbrauchsreduktion einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit den folgenden Schritten: Erfassen von Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs und ermitteln eines tatsächlichen Betriebszustands, Definieren einer Wunschgeschwindigkeit sowie einer oberen und unteren Geschwindigkeitsgrenze, wodurch ein Betriebsfenster des Kraftfahrzeugs festgelegt wird, und Erkennen und Ansteuern eines verbrauchsgünstigeren Betriebszustands des Kraftfahrzeugs innerhalb des Betriebsfensters im Vergleich zum tatsächlichen Betriebszustand derart, dass die Wunschgeschwindigkeit zum Erreichen des verbrauchsgünstigeren Betriebszustands zwischen der oberen und unteren Geschwindigkeitsgrenze verändert wird.
  • Um den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs zu reduzieren, wird die Brennkraftmaschine in einem zuvor festgelegten Betriebsfenster mit einer darin definierten Wunschgeschwindigkeit betrieben. Innerhalb dieses Betriebsfensters wird der tatsächliche Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit weiteren möglichen Betriebszuständen verglichen, um die Wunschgeschwindigkeit auf verbrauchsgünstigere Betriebspunkte der Brennkraftmaschine gezielt zu verlagern. Die für die Auswertung der Betriebszustände der Brennkraftmaschine erforderlichen Informationen werden beispielsweise mit bekannten Sensoren erfasst und innerhalb einer Motorsteuerung der Brennkraftmaschine ausgewertet. Diese Motorsteuerung kann des Weiteren ein Verbrauchskennfeld, beispielsweise ein be-Kennfeld, enthalten, aus dem verbrauchsgünstigere Betriebszustände im Vergleich zu dem tatsächlichen Betriebszustand auslesbar sind. Das erfindungsgemäße Verfahren hat somit den Vorteil, dass es nicht auf die eingestellte Wunschgeschwindigkeit festgelegt ist, sondern unter Bevorzugung verbrauchsgünstigerer Betriebszustände die Wunschgeschwindigkeit verändern darf. Gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen kann diese Wunschgeschwindigkeit sowie die obere und untere Geschwindigkeitsgrenze durch den Fahrer manuell eingegeben werden oder es kann kraftfahrzeugspezifisch in der Motorsteuerung eine obere und untere Geschwindigkeitsgrenze als Funktion einer einzugebenden Wunschgeschwindigkeit abgelegt sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt im Rahmen des Verfahrens ein Erkennen einer Steigung oder Gefällstrecke durch Auswertung von Motorlast, Schaltstufe eines Getriebes und Fahrzeuggeschwindigkeit und ein Durchführen einer Schubabschaltung bei einer Gefällstrecke bis die untere Geschwindigkeitsgrenze erreicht ist oder ein Fahren mit höheren Lasten bei der Steigung, um die Brennkraftmaschine zu entdrosseln, sodass weniger Kraftstoff verbraucht wird. Des Weiteren kann das obige Verfahren dadurch ergänzt werden, dass ein Ermitteln einer verbrauchsoptimalen Schaltstufe eines Ge triebes des Kraftfahrzeugs innerhalb des tatsächlichen Betriebszustands oder des Betriebsfensters erfolgt.
  • Gemäß der obigen Ausführungsform wird neben dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine auch das Streckenprofil in die Wahl eines verbrauchsgünstigeren Betriebszustands einbezogen. Ausgehend von der Kombination des Erkennens des Streckenprofils und entsprechender verbrauchsgünstiger Betriebszustände, wie Schubabschaltung in Gefällstrecken und Entdrosselung in Schubphasen, wird das Kraftfahrzeug unter Ausnutzung des vollständigen Betriebsfensters und mit einer umweltverträglichen Regelung betrieben.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Entfernung zu einem vorausfahrenden Kraftfahrzeug erfasst und es erfolgt ein verkehrsgerechtes Anpassen der Wunschgeschwindigkeit an das vorausfahrende Kraftfahrzeug, um den Kraftstoffverbrauch durch vermehrtes Beschleunigen und Verzögern bei zu hoher Wunschgeschwindigkeit zu reduzieren. Es ist ebenfalls denkbar, ein Streckenprofil einer zurückzulegenden Strecke, insbesondere auf der Grundlage eines GPS-Systems, zu berücksichtigen, um einen verbrauchsoptimalen Fahrplan ausgehend von der Wunschgeschwindigkeit zu bestimmen.
  • Gemäß den obigen Ausführungsformen wird die Wunschgeschwindigkeit gezielt an die tatsächlichen Verkehrsbedingungen und/oder an das zurückzulegende Streckenprofil angepasst. An dieser Stelle erfolgt durch die Auswertung der momentanen Randbedingungen der Fahrt des Kraftfahrzeugs eine unmittelbare Unterstützung und Ergänzung der Einstellungen des Fahrers, da dieser beim Auswählen der Wunschgeschwindigkeit nicht bereits alle Randbedingungen der bevorstehenden Fahrt einschätzen und in eine passende Wunschgeschwindigkeit umsetzen kann.
  • Erfindungsgemäß erfolgt ein Erfassen einer Windrichtung und einer Windgeschwindigkeit zur Bestimmung der Windverhältnisse am Kraftfahrzeug und ein Anpassen der Wunschgeschwindigkeit innerhalb des Betriebsfensters unter Berücksichtigung, ob und in welcher Stärke Rücken- oder Gegenwind auf das Kraftfahrzeug wirken. Die Windverhältnisse am Kraftfahrzeug können in diesem Zusammenhang mit Hilfe von Sensorik am Kraftfahrzeug oder durch Bereitstellen von Wetter- und geografischen Informationen mit Hilfe eines GPS-Systems und weiteren Informationsdiensten, beispielsweise des Internets, erfasst werden.
    •
  • Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Flussdiagramm einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 2 ein Flussdiagramm einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 3 einen Fahrplan für die Strecke Oberdorf-Unterdorf mit einer Wunschdurchschnittsgeschwindigkeit von 70 km/h,
  • 4 ein Flussdiagram einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
  • 5 eine beispielgebende Fahrwiderstandskurve eines Kraftfahrzeugs.
  • Das Verfahren zur Kraftstoffreduktion einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zeichnet sich durch eine aktive Einflussnahme auf das Fahrverhalten und den Betriebszustand des Kraftfahrzeugs aus. Das Verfahren wird bevorzugt in einer Geschwindigkeitsregelanlage bzw. Tempomat des Kraftfahrzeugs ausgeführt, an dem eine Verknüpfung und ein bidirektionaler Datentransfer mit einer Motorsteuerung des Kraftfahrzeugs vorliegen.
  • Will der Fahrer eine Strecke von A nach B zurücklegen, so gibt er zunächst eine Wunschgeschwindigkeit bzw. Wunschdurchschnittsgeschwindigkeit durch manuelle Eingabe in der Geschwindigkeitsregelanlage vor. Zusätzlich wählt er eine obere und eine untere Geschwindigkeitsgrenze, die im Regelfall nicht über- oder unterschritten werden sollten. Es ist ebenfalls denkbar, dass nach Eingabe der Wunschgeschwindigkeit die Geschwindigkeitsregelanlage über abgelegte kraftfahrzeugspezifische Daten die obere und die untere Geschwindigkeitsgrenze der Wunschgeschwindigkeit zuordnet.
  • Die Geschwindigkeitsregelanlage und somit auch das Verfahren werden manuell durch den Fahrer aktiviert und deaktiviert. Aus Komfortgründen erfolgt beispielsweise eine Deaktivierung, wenn der Fahrer das Bremspedal betätigt. Dabei reicht ein leichtes Antippen des Bremspedals aus, ohne dass ein wirklicher Bremsvorgang eingeleitet wird.
  • Unter Bezugnahme auf 1 wird eine erste Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens erläutert. Nachdem die Geschwindigkeitsregelanlage bzw. der Tempomat aktiviert worden ist – entweder allein oder in Kombination mit der Auswahl eines „Spar-/Economy-Modus" – werden in einem ersten Schritt alle bekannten verbrauchsintensiven Betriebszustände der Brennkraftmaschine vermieden und nicht mehr angesteuert. Diese verbrauchsintensiven Betriebszustände können beispielsweise der Motorsteuerung entnommen werden, in der ein Kennfeld für den spezifischen Kraftstoffverbrauch (be-Kennfeld) abgelegt ist. Diese verbrauchsintensiven Betriebszustände umfassen oft Drehzahlbereiche, Volllast (Anreicherung) und klopfkritische Betriebszustände der Brennkraftmaschine, um nur einige zu nennen.
  • Das vorliegende Verfahren versucht nun unter Einhaltung der Wunschgeschwindigkeit möglichst verbrauchsgünstige Betriebszustände der Brennkraftmaschine anzufahren. Sollte ein derarti ger verbrauchsgünstiger Betriebszustand mit der ausgewählten Wunschgeschwindigkeit nicht erreichbar sein, wird ein verbrauchsgünstigerer Betriebszustand des Kraftfahrzeugs innerhalb des Betriebsfensters im Vergleich zum tatsächlichen Betriebszustand erkannt und angesteuert, indem die Wunschgeschwindigkeit zum Erreichen des verbrauchsgünstigeren Betriebszustands zwischen der oberen und der unteren Geschwindigkeitsgrenze verändert wird. Dies greift insbesondere bei Gefällstrecken und Steigungen, die durch das Kraftfahrzeug passiert werden. Wird die Wunschdurchschnittsgeschwindigkeit eingehalten, kann bei Gefällstrecken eine Schubabschaltung der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Diese Schubabschaltung, die den Kraftstoffverbrauch reduziert, sollte jedoch nur solange gestattet werden, bis die untere Geschwindigkeitsgrenze erreicht ist. Wird die Wunschgeschwindigkeit bei Schubabschaltung nicht erreicht, wird bei Gefällstrecken bewusst schneller, also mit höherer Last, gefahren. Bei dieser Betriebsweise darf wiederum die obere Geschwindigkeitsgrenze nicht überschritten werden, damit das in der Geschwindigkeitsregelanlage definierte Betriebsfenster nicht verlassen wird. Basierend auf den obigen Schritten werden verbrauchsspezifisch ungünstige Teillastbereiche der Brennkraftmaschine vermieden, in denen die Brennkraftmaschine ansonsten betrieben werden würde.
  • In ähnlicher Weise verfährt man, wenn das Kraftfahrzeug Bergaufpassagen absolviert. Durch das Fahren mit höheren Lasten wird die Brennkraftmaschine stärker entdrosselt und damit verbrauchsspezifisch günstiger betrieben. Diese Betriebsweise ist nur möglich, indem die Wunschgeschwindigkeit in den Grenzen des Betriebsfensters zu verbrauchsspezifisch günstigeren Betriebszuständen verschoben werden kann. Das Erkennen einer Steigung oder Gefällstrecke erfolgt beispielsweise durch Gegenüberstellung von Last der Brennkraftmaschine, Gang (Schaltstufe) des Getriebes und Fahrzeuggeschwindigkeit, die mit Hilfe geeigneter Sensorik erfasst und an die Motorsteuerung übermittelt werden können.
  • Lässt beispielsweise der Verkehrsfluss das Einhalten der Wunschgeschwindigkeit dauerhaft nicht zu, wird diese nach unten korrigiert. Eine notwendige Korrektur wird erkannt, indem das vorliegende Verfahren innerhalb eines bestimmten Zeitfensters durch übermäßig häufiges Bremsen deaktiviert und anschließend wieder aktiviert worden ist. Übersteigt beispielsweise die Anzahl der Deaktivierungsvorgänge in diesem Zeitfenster fdeact einen zuvor definierten Schwellwert, ist dies ein Zeichen dafür, dass die eingestellte Wunschgeschwindigkeit für die vorliegenden Verkehrsbedingungen zu hoch ausgewählt worden ist. Aus diesem Grund wird die aktuelle mittlere Sollgeschwindigkeit verringert. Sollte festgestellt werden, dass das vorliegende Verfahren innerhalb einer Zeitspanne Tdeact nicht deaktiviert worden ist, wird die aktuelle mittlere Sollgeschwindigkeit bzw. Wunschgeschwindigkeit erhöht. Die fehlende Deaktivierung, die beispielsweise dadurch erkannt wird, dass Tdeact einen Schwellwert überschreitet, zeigt an, dass die Wunschgeschwindigkeit nicht optimal eingestellt ist und schnelleres Fortkommen des Kraftfahrzeugs auf Grund des Verkehrsflusses möglich wäre. Nach erfolgter Korrektur der Wunsch- oder Sollgeschwindigkeitsvorgabe in die eine oder andere Richtung, wird diese an die verbrauchsoptimale Anpassung der Motorlast unter Einhaltung der Geschwindigkeitsgrenzen übermittelt.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird das vorliegende Verfahren mit einem Abstandserkennungssystem im Kraftfahrzeug verbunden. Die Anpassung der Wunschgeschwindigkeit erfolgt dann entsprechend dem Verkehrsaufkommen. Läuft das Kraftfahrzeug häufig auf ein vorausfahrendes Kraftfahrzeug auf, wird die Wunschgeschwindigkeit verringert. Herrscht im Gegensatz dazu freie Fahrt für das Kraftfahrzeug, wird die Wunschgeschwindigkeit erhöht.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird die Getriebesteuerung, beispielsweise eine Getriebeautomatik, in das vorliegende Verfahren mit eingebunden. Die im jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine verbrauchsoptimale Schaltstufe wird berechnet, beispielsweise aus einem in der Motorsteuerung abgelegten Getriebekennfeld, und nachfolgend umgesetzt. Denkbar ist ebenfalls die Anbindung bzw. Kopplung des vorliegenden Verfahrens an ein Gesamtfahrzeugenergiemanagement. Entscheidend ist dann nicht mehr allein, einen möglichst verbrauchsoptimalen Motorbetriebspunkt anzufahren, sondern die Strategie ergibt sich vielmehr aus Gesamtfahrzeugsicht. So kann die Gesamtenergiebilanz des Kraftfahrzeugs durchaus günstiger ausfallen, wenn die Brennkraftmaschine bewusst nicht im optimalen Punkt betrieben wird, andere Verbraucher, wie beispielsweise Klimaanlage, Generator oder die Energiespeicherung eines Hybridsystems, deutlich effizienter ausfallen und den Verbrauchsnachteil kompensieren.
  • Auf diese Weise werden durch einfache Eingriffe in die Steuerung der Brennkraftmaschine verbrauchsintensive Betriebszustände vermieden. Dies eröffnet ein wertvolles Potenzial im Hinblick auf Kraftstoffersparnis und CO2-Reduzierung. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass der Fahrer in seinem Wunsch nicht beschnitten wird, da er die Aktivierung des „Sparmodus"/„Economy-Modus" selbst vornehmen kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist, wird im Rahmen eines definierten Geschwindigkeitsfensters und in Kombination mit gespeicherten Verbrauchskennfeldern der optimale Betriebspunkt für die Brennkraftmaschine gefunden. Das einzuhaltende Geschwindigkeitsfenster kann zu diesem Zweck starr vorgegeben sein (s. o.) oder zweckmäßigerweise z. B. mit zunehmender Geschwindigkeit aufgeweitet werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform erhält die Motorsteuerung weitere Informationen von einem Navigationssystem, beispielsweise ein GPS-System. Diese Informationen enthalten ein aktuelles Strecken-/Höhenprofil für den zurückzulegenden Streckenabschnitt. Zudem kann das Streckenprofil durch weitere ver kehrsspezifische Informationen ergänzt werden, die man beispielsweise dem Internet entnehmen kann. Auf dieser Grundlage erfolgt dann, wie es in 3 schematisch angedeutet ist, eine Routenplanung für die definierte Fahrstrecke, die einen verbrauchsoptimalen Fahrplan unter Einhaltung der vorgegebenen Durchschnittsgeschwindigkeit berechnet und umsetzt. Ist die zu fahrende Route bekannt, kann der zu berechnende Streckenabschnitt prinzipiell beliebig erweitert werden. Freilich stehen dem Unwägbarkeiten, wie Staus, Verkehrsbehinderungen, Baustellen, Pausen, Geschwindigkeitsbeschränkungen und dgl., entgegen. Daher wird versucht, möglichst viele Informationsquellen zu nutzen und Apriori-Wissen aufzubauen. Dies können beispielsweise telemetrische Verkehrsschilder (Geschwindigkeitsbeschränkungen etc.) und Gewohnheiten und Erfahrungen beispielsweise bezüglich der Verkehrsbelastung auf bestimmten Strecken zu bestimmten Tageszeiten sein. Auf diese Weise wird der Tempomat, der für verbrauchsgünstige Betriebszustände sorgt, zusätzlich mit einem Routenplaner ausgestattet, um die Wunschdurchschnittsgeschwindigkeit unter Berücksichtigung des gesamten Streckenprofils optimal einzustellen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens werden die Windverhältnisse am Kraftfahrzeug erfasst und in Verbindung mit einer Geschwindigkeitsregelanlage bzw. eines Tempomaten zugunsten eines geringeren Kraftstoffverbrauchs berücksichtigt (vgl. 4).
  • Es gibt zahlreiche technische Ansätze, um Strömungsgeschwindigkeiten (Windgeschwindigkeiten) zu messen. Bekannte Beispiele aus der Praxis sind das Ultraschall-Laufzeitverfahren, ein Hitzdraht-Anemometer oder der Heißfilmluftmassenmesser. Dem gleichen Zweck dient die technische Ausführung eines Peltonrads (Windrad) in Verbindung mit einem Spannungswandler, der die der Windgeschwindigkeit proportionale Drehgeschwindigkeit des Rads in ein Spannungssignal wandelt, das von einer Auswerteeinheit weiterverarbeitet wird. Ebenso sind Messverfahren und -geräte bekannt, die die Windrichtung bestimmen und bei spielsweise elektrisch übertragen (z. B. Windfahne in Verbindung mit Potentiometer).
  • Je nach angestrebter Information wird eine Auswahl dieser Geräte an geeigneter Stelle am Kraftfahrzeug angebracht. Ihre Informationen, nämlich Windrichtung und -geschwindigkeit, werden beispielsweise der Motorsteuerung zugeführt. Unter Einbeziehung der Fahrgeschwindigkeit wird dann die effektive Strömungsgeschwindigkeit ermittelt und in die Bestimmung verbrauchsgünstiger Betriebszustände der Brennkraftmaschine einbezogen.
  • In Abhängigkeit von der gewählten Wunschgeschwindigkeit und der erfassten effektiven Strömungsgeschwindigkeit, d. h. unter Berücksichtigung der Windverhältnisse, entscheidet das vorliegende Verfahren, ob in den Grenzen des definierten Betriebsfensters bzw. Geschwindigkeitsfensters schneller oder langsamer als der Fahrerwunsch gefahren wird. Die Veränderung bzw. Korrektur der Wunschgeschwindigkeit richtet sich danach, ob und in welcher Stärke Rücken- oder Gegenwind am Kraftfahrzeug angreift. Dieser Wahl des verbrauchsgünstigsten Betriebszustands liegt die Berechnung der effektiven Strömungsgeschwindigkeit veff am Kraftfahrzeug zu Grunde. Greift Rückenwind am Kraftfahrzeug an, kann dieses mit einer erhöhten Wunschgeschwindigkeit bei gleich bleibendem Kraftstoffverbrauch betrieben werden. Im Gegensatz dazu könnte ein Betrieb des Kraftfahrzeugs mit reduzierter Wunschgeschwindigkeit bei Gegenwind zu einem verbrauchsgünstigeren Betriebszustand führen.
  • In einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens werden zusätzliche Wetter-Informationsquellen für die Bestimmung der Bedingungen am Kraftfahrzeug genutzt. Dies sind beispielsweise Radio oder Internet. Sind die Windverhältnisse beispielsweise aus dem Internet und die Fahrtrichtung beispielsweise über einen Kompass oder ein GPS-System bekannt, kann auf die oben dargestellte Sensorik zur Erfassung der Windverhältnisse am Kraftfahrzeug verzichtet werden. Es ist ebenfalls denkbar, das allgemeine Wissen über Wind- und Wetterverhältnisse in einer bestimmten Region in die Bestimmung verbrauchsgünstiger Betriebszustände der Brennkraftmaschine einfließen zu lassen. In Küstengebieten kann beispielsweise tagsüber von auflandigem und nachts von ablandigem Wind ausgegangen werden. Damit ist die Windrichtung bekannt und kann in die Berechnung einfließen.
  • Der Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass auf Grund des quadratischen Anstiegs des Fahrwiderstands des Kraftfahrzeugs (vgl. 5) ein übermäßiger Kraftstoffverbrauch bei Gegenwind vermieden wird, der bei einer starren Einstellung der Wunschgeschwindigkeit in Kauf genommen werden würde. Dem Gegenüber werden bei Rückenwind quasi verbrauchsneutral höhere Durchschnittsgeschwindigkeiten erreicht. Das Verfahren liefert auf diese Weise einen effizienten Beitrag zur Verbrauchs- und Emissionsreduzierung.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Kraftstoffverbrauchsreduktion einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit den folgenden Schritten: a. Erfassen von Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs und Ermitteln eines tatsächlichen Betriebszustands, b. Definieren einer Wunschgeschwindigkeit sowie einer oberen und unteren Geschwindigkeitsgrenze, wodurch ein Betriebsfenster des Kraftfahrzeugs festgelegt wird, c. Erfassen einer Windrichtung und einer Windgeschwindigkeit zur Bestimmung der Windverhältnisse am Kraftfahrzeug, d. Anpassen der Wunschgeschwindigkeit innerhalb des Betriebsfensters unter Berücksichtigung, ob und in welcher Stärke Rücken- oder Gegenwind auf das Kraftfahrzeug wirken, und e. Erkennen und Ansteuern eines verbrauchsgünstigeren Betriebszustands des Kraftfahrzeugs innerhalb des Betriebsfensters im Vergleich zum tatsächlichen Betriebszustand derart, dass die Wunschgeschwindigkeit zum Erreichen des verbrauchsgünstigeren Betriebszustands zwischen der oberen und unteren Geschwindigkeitsgrenze verändert wird.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, mit dem weiteren Schritt: Ermitteln des verbrauchsgünstigeren Betriebszustands des Kraftfahrzeugs auf Grundlage eines Verbrauchskennfelds, das in einer Motorsteuerung der Brennkraftmaschine abgelegt ist.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, mit dem weiteren Schritt: Definieren des Betriebsfensters mit der Wunschgeschwindigkeit sowie der oberen und unteren Geschwindigkeitsgrenze durch manuelle Eingabe eines Fahrers des Kraftfahrzeugs oder durch in einer Motorsteuerung gespeicherte fahrzeugspezifische Daten.
  4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem weiteren Schritt: a. Erkennen einer Steigung oder Gefällstrecke durch Auswertung von Motorlast, Schaltstufe eines Getriebes und Fahrzeuggeschwindigkeit und b. Durchführen einer Schubabschaltung bei einer Gefällstrecke bis die untere Geschwindigkeitsgrenze erreicht ist oder Fahren mit höheren Lasten bei der Steigung, um die Brennkraftmaschine zu entdrosseln, sodass weniger Kraftstoff verbraucht wird.
  5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem weiteren Schritt: Ermitteln einer verbrauchsoptimalen Schaltstufe eines Getriebes des Kraftfahrzeugs innerhalb des tatsächlichen Betriebszustands oder des Betriebsfensters.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, mit den weiteren Schritten: a. Erfassen einer Entfernung zu einem vorausfahrenden Kraftfahrzeug und b. verkehrsgerechtes Anpassen der Wunschgeschwindigkeit an das vorausfahrende Kraftfahrzeug, um den Kraftstoffverbrauch durch vermehrtes Beschleunigen und Verzögern bei zu hoher Wunschgeschwindigkeit zu reduzieren.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 6, mit dem weiteren Schritt: Berücksichtigen eines Streckenprofils einer zurückzulegenden Strecke, insbesondere auf Grundlage eines GPS-Systems, um einen verbrauchsoptimalen Fahrplan ausgehend von der Wunschgeschwindigkeit zu bestimmen.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 1, mit dem weiteren Schritt: Erfassen von Windrichtung und Windgeschwindigkeit mit Hilfe von Sensorik am Kraftfahrzeug oder durch Bereitstellen von Wetter- und geografischen Informationen mit Hilfe eines GPS-Systems und weiterer Informationsdienste, insbesondere des Internets.
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